SMITHDIAGRAM Bilineær transformasjon fra Zplanet (impedans) til Γplanet (refleksjonsfaktor) Γ Z L Z o Z L Z 0 1 Z L Z 0 Z L Z 0 1 Z nl 1 Z nl 1 Zplanet Im Γplanet Im Re Re AO 00V 1
SMITHDIAGRAM Γplanet Induktiv Z 0 Γ 1 Γ 0 2 ZOO R C Z 0 Z 1 Γ 1 f 0 : ZOO Kapasitiv f OO : Z R j /ωc R j0 AO 00V 2
SMITHDIAGRAM To like perioder av standbølgen pr signalbølgelenge 2 ω mot belastning ω min ω mot generator 1.5 1 U 0.5 0 maks maks 0.5 1 0 2 4 6 8 10 12 14 z mot generator mot belastning L AO 00V 3 min
SMITHDIAGRAM Standbølgeforholdet: S V maks V min V i V r 1 V r V i V i V r 1 V r V i 1 Γ 1 Γ ω mot belastning min 0 λ/2 λ/2 0 Innsatt for Γ: mot generator S Z L Z L Z 0 Z 0 λ/10 U 0 S Z 0 Z L Z 0 Z L λ/8 3λ/8 λ/8 3λ/8 λ/10 mot generator Z L mot belastning λ/4 maks Fasevinkel for Γ 0 AO 00V 4
SPARAMETRE Parametersett angir forholdet mellom strømmer og spenninger Impedans, Zparametre: Strømmer er uavhengige variable I 1 I 2 2port V 1 V 2 V 1 Z 11 I 1 Z 12 I 2 V 2 Z 21 I 1 Z 22 I 2 Admittans, Yparametre: Spenninger er uavhengige variable Parametere finnes ved f.eks Åpen utgang: I 1 Y 11 V 1 Y 12 V 2 I 2 Y 21 V 1 Y 22 V 2 Hybrid, Hparametre: Blanding av Z og Y parametre V 1 h 11 I 1 h 12 I 2 I 2 h 21 V 1 h 22 V 2 V h 11 1 I 1 Åpen inngang: V h 1 12 I 2 I 2 0 I 1 0 AO 00V 4.5
SPARAMETRE Ved høye frekvenser er brudd og kortslutninger mer diffust Derfor benyttes bølger som variable: Innkommende og reflektert relatert til effekt: E i1 E r1 2port E i2 E r2 a 1 b 1 E i1 E a 2 i2 Z 0 Z 0 E r1 E b 2 r2 Z 0 Z 0 S (scattering) parameters: b 1 s 11 a 1 s 12 a 2 b 2 s 21 a 1 s 22 a 2 Terminering av utgangen til Z 0 absorberer signaler inn til utgangen: b S 1 11 a 1 b S 2 21 a 1 a 2 0 a 2 0 Terminering av inngangen til Z 0 absorberer signaler inn til inngangen: S 11 : Γ 1, Refleksjonsfaktor inngangen S 22 : Γ 2, Refleksjonsfaktor utgangen S 12 : Bakovertransmisjon (utgang til inngang) S 21 : Forovertransmisjon (inngang til utgang) forsterkning/dempning b S 2 22 a 2 b S 1 12 a 2 a 1 0 a 2 0 AO 00V 4.6
Φ MS (V FB ) Φ F Likevekt V gb 0 Gate Sub Φ Fgate Φ Fsub 2ΦF Inversjon V gb >V th Gate Sub Akkumulasjon Φ Fgate Φ Fsub V gb <V FB Gate Sub AO 00V 4.7
Q B qn A x d dq qn A dx d Gate SiO 2 Inversjonslag Deplesjonssone dφ s x d de dq x d ε si qn A x d dx d ε si n x d Q B p dq Overflatepotensialet: 2 qn Φ A x d s Φ 2ε B si 2ε x si Φ s Φ B d qn A dx d Q B 2qN A ε si Φ s Φ B Sterk inversjon for Φ s Φ B 2Φ F : Q B 2qN A ε si 2Φ F AO 00V 4.8
Gate n Q ox Inversjonslag x d Q B p Faste ladninger i oksydet, i grenseflaten mellom SiO 2 og Si modifiserer flatbåndspenningen V FB.: Q V FB Φ ox MS C ox Q B Q ox V GB Φ ox Φ s Φ MS Φ C s ox Terskelspenning for sterk inversjon: V GB Φ ox Q B Q V th0 Φ ox 2Φ F Φ ox MS 2Φ C F V FB γ 2Φ F 2Φ F ox Φ s γ 2qN A ε si C ox x AO 00V 4.9
Drain Sourcebulk spenningen V sb påvirker Q B. Resulterende terskelspenning kan skrives: V T V T0 γ( 2Φ F V sb 2Φ F ) Gate Bulk Ladning i kanalen y Q I ( y) C ox [ V gs vy ( ) V T ] Source I D WQy ( ) WQ( y )µe WQ( y )µe dv t dy Q I (y) L I d µc W ox V L gs V 1 T V 2 ds V ds ( 1 λv ds ) V ds < V gs V T W I d µc ox W 2 V [ L gs V T ] 2 ( 1 λv ds ) V ds V gs V T λ er parameter for kanallengde modulasjon AO 00V 4.10
Transconductans med konstant V sb : g m di d W 2µC dv ox I gs L d Transconductans fra bulk med konstant V gs : g mb di d dv sb γ gm 2 2Φ F V sb Utgangskonduktans: g d di d µc W dv ox V ds L gs V 1 T V 2 ds V ds < V gs V T g d di d gm ε si d ox V dv ds 2 ε ox L ds V gs V T AO 00V 4.11
Substrat transkonduktans: gm b γ gm 2 2Φ F V SB (Tsividis) AO 00V 4.12
V ds < V gs V T : C gc C ox WL 2C ovl L W, L 0 C cb ε WL si x d V ds < V gs V T : 2 C gs C 3 ox WL C gd C ovl W Source Drain junction kapasitans (SPICE level3): V C j Areal C J 1 j PB MJ V Perimeter CJSW 1 j PB MJSW AO 00V 4.13
L Felles Source Småsignalekvivalent r g C gd V gs gm W C gs V gs V sb gm b g ds C db 2 C gs C 3 ox WL C gsovl C gd C gdovl C db Junction Source C ch_g C gs_ovl Gate C gd_ovl Drain gm di d 2µC W dv ox I gs L d Csb C ch_bulk C db gm b di d W 2µC dv chbulk I sb L d g ds di d λi dv d ds AO 00V 4.14
Source C gs C gc C gs_ovl Gate C gd C gd_ovl Drain Csb C cb V ds V ds,sat C db Småsignal ekvivalentskjema C gd Z L G r g C gd D C db C gs V gs gmv gs gm b (V sb ) g d S C db V g C gs V sb C sb C sb B V gs V g V sb AO 00V 4.15
Begrensning i driftshastighet: V ds E y Empirisk: E v d v y E c dmax 1 E y E c I d, sat E c µc ox WV ( gs V T ) v d v d µ E y gm E c µc ox W v d,max µ E c ω T gm C gs 3 µe c 2 L (Lee: E sat 2E c ) E c Effekten av transversalt felt: I I d d, tr θ 1 θ( V gs V T ) 9 2 10 t ox 1 V AO 00V 4.16
Begrensning i driftshastighet (Tsividis) AO 00V 4.17
Transittid Påtrykk Ladningstetthet langs kanalen med tid som parameter τ L 2 0 µ ( V GS V T ) τ d 0,38τ 0 Korte kanaler med hasighetsbegrensning: L τ d v d max AO 00V 4.18
Kortkanaleffekter reduserer terskelspenningen V ds E Q E Felt fra Drain påvirker potensialet i kanalen Drain og Source bidrar til å øke ladningen i deplesjonssonen assosiert med kanalen: Q V T 1 B γ 2ΦF V (Tsividis) Q SB B AO 00V 4.19
Hot carrier effekt V ds Oppladning av oksydet gir skifte i terskelspenning E Lightly doped drain, LDD, reduserer feltet Inoisering gir øket substratstrøm AO 00V 4.20
Temperatureffekter (Tsividis) V T ( T) V T ( T rom ) k T ( T T rom ) 0,5< k T < 4 mv K T µ ( T) µt room k µ T rom 1,5< k µ < 2 AO 00V 4.21